12Cr2Mo1V加氫鋼表面缺陷分析

張 峰

(中國第一重型機械股分公司鑄鍛鋼事業(yè)部，黑龍江161042)

我公司生產(chǎn)的一支233 t 12Cr2Mo1V加氫鋼錠，在水口端外圓進行超聲檢測時，距水口端端面軸向550 mm，周向一周發(fā)現(xiàn)?3～4 mm密集缺陷，深度90～280 mm。解剖分析缺陷部位，確定了鋼錠無損檢測不合格的主要原因，為冶煉生產(chǎn)高質(zhì)量加氫鋼錠提供依據(jù)。

1 解剖分析12Cr2Mo1V加氫鋼錠缺陷部位

1.1 取試樣

根據(jù)無損檢測報告示意圖，確定缺陷位置并劃線標記，氣割350 mm×350 mm×150 mm試驗塊。試驗塊在銑床上銑平表面，鋸床上加工后，再次進行無損檢測定位缺陷，標記缺陷并在鋸床上加工成兩個200 mm×70 mm×13 mm試驗塊，對其進行線切割，切割成30個試樣塊。通過機械手編程對30個試樣塊開V型槽，編號E01-01至E01-30，加工成尺寸為10 mm×10 mm×55 mm標準沖擊塊，落錘沖擊打斷。

1.2 試樣斷口缺陷分析

用掃描電鏡(分辨率為20 μm)逐個觀察試樣斷口形貌，在編號為E01-05、E01-19、E01-24的試樣斷口上發(fā)現(xiàn)明顯缺陷。其中，E01-05試樣斷口上夾雜物無明顯聚合現(xiàn)象，呈現(xiàn)彌散分布的特征；E01-19、E01-24試樣斷口上夾雜物聚合趨勢明顯，呈顆粒狀聚集。經(jīng)能譜儀進行成分分析可知，E01-05試樣斷口上夾雜物的主要成分為Al、Mg、O、S、Ca，如圖1(a)；E01-19試樣斷口上夾雜物的主要成分為Al、Mg、O、S、Ca，如圖1(b)；E01-24試樣斷口上夾雜物的主要成分為O、Si、Mo，如圖1(c)。根據(jù)夾雜物形貌及聚合方式，初步判定缺陷為高熔點的MgO·Al2O3(尖晶石)、CaO·MgO·Al2O3夾雜物。

(a)E01-05

(b)E01-19

(c)E01-24圖1 斷口形貌及夾雜物成分Figure 1 Fracture morphology and inclusion composition

2 夾雜物來源分析

2.1 冶煉過程

采用LVCD+VCD的工藝方法，100 t電爐分兩爐冶煉提供粗煉鋼水，分別兌入130 t精煉爐進行爐外精煉。電爐采用氧化法冶煉，爐料配比為：20%優(yōu)質(zhì)生鐵+30%輕廢鋼+50%重廢鋼、鋼屑。

(1)熱兌過程：電爐鋼水成分與溫度滿足工藝要求，卡渣出鋼；第一爐，LF6-11包底加鋁塊250 kg，接粗煉鋼水時，順鋼流向包內(nèi)加入小塊白灰300 kg，兌入124 t鋼水；第二爐，LF6-8包底加鋁塊216 kg，接粗煉鋼水時，順鋼流向包內(nèi)加入小塊白灰300 kg，兌入107 t粗煉鋼水。

(2)精煉爐造渣、脫氧、合金化：LF6-11加入造渣材料1000 kg石灰、1000 kg預熔渣、700 kg發(fā)泡劑，加入脫氧劑40 kg碳粉、190 kg鋁粉，溫度在1611℃時，陸續(xù)加入Mn鐵、Cr鐵、Ni板、Mo鐵、V鐵合金；LF6-8加入造渣材料1000 kg石灰、1000 kg預熔渣、700 kg發(fā)泡劑，加入脫氧劑碳粉50 kg、鋁粉180 kg，溫度在1609℃時，陸續(xù)加入Mn鐵、Cr鐵、Ni板、Mo鐵、V鐵合金。

(3)真空處理：LF6-11真空前測溫1659℃，真空度249.9 Pa，氬氣流量80 Lmin，17 min后氬氣流量降至20 Lmin，真空保持時間20 min；LF6-8真空前測溫1652℃，真空度249.9 Pa，氬氣流量80 Lmin，17 min后氬氣流量降至20 Lmin，真空保持時間20 min。

(4)終脫氧、軟吹：LF6-11加入終脫氧劑鋁鈦硼135 kg，軟吹溫度1642℃，軟吹時間18 min；LF6-8加入終脫氧劑鋁鈦硼116 kg，軟吹溫度1649℃，軟吹時間20 min。

(5)出鋼：LF6-11出鋼前w[O]=15×10-6，成分符合要求，出鋼溫度1625℃、1623℃；LF6-8出鋼w[O]=17×10-6，成分符合要求，出鋼溫度1633℃、1634℃。

冶煉過程主要技術(shù)參數(shù)符合工藝要求，兩鋼包加入造渣材料石灰∶預熔渣∶發(fā)泡劑=1∶1∶0.7均在工藝要求范圍之內(nèi)；擴散脫氧工藝要求加入鋁粉量在2～3 kgt，兩鋼包內(nèi)加入鋁粉數(shù)量均偏少，兩鋼包內(nèi)爐渣在加合金之前均已形成透明玻璃渣，且流動性良好，根據(jù)爐渣顏色、粘度判斷脫氧狀態(tài)良好；根據(jù)渣爐化驗結(jié)果可以看出，兩鋼包內(nèi)精煉渣中CaO含量均在50%～55%之間，Al2O3含量均在30%～35%之間，符合工藝要求值。問題主要在于精煉爐軟吹環(huán)節(jié)時間較短，真空后鋼渣劇烈翻騰，精煉渣及夾雜物來不及完全上浮，可能摻雜于鋼水中；且兩鋼包冶煉時間均偏長，加重了鋼水對精煉爐耐材侵蝕程度，影響鋼水潔凈度。

2.2 澆注過程

從檢查留痕照片可以看出，附具清理、裝配、坐模、坐中間包及中間包吸風整個過程符合規(guī)定。鑄錠真空度9.9 Pa，中間包烘烤溫度900℃，LF6-8澆注溫度1594℃，LF6-11澆注溫度1587℃，LB3氬氣壓力2 MPa，澆注用時40 min，澆高300 mm，加入1.4 kgt發(fā)熱劑、1.0 kgt保溫劑。

鋼錠澆注過程多數(shù)技術(shù)參數(shù)符合工藝要求，問題主要在于LF6-8澆注溫度1594℃，超出工藝要求值1570～1590℃，兩包澆注銜接時間為4 min，大于工藝要求3 min。

3 總結(jié)

(1)解剖分析12Cr2Mo1V加氫鋼表面缺陷主要為水口端存在高熔點的MgO·Al2O3(尖晶石)、CaO·MgO·Al2O3夾雜物。

(2)導致12Cr2Mo1V加氫鋼錠無損檢測不合格的主要原因：鋼水中存在細小Al2O3夾雜未被精煉渣吸附；精煉爐軟吹時間不充分，真空后渣-鋼劇烈沸騰，精煉渣及夾雜物未完全上浮，可能摻雜于鋼水中，且鋼水冶煉時間較長，加重精煉爐耐材侵蝕程度，增加渣中MgO含量；精煉爐出鋼溫度偏高，導致澆注溫度偏高；澆注時，兩鋼包銜接時間較長，且注流保護不理想，加重鋼水二次氧化程度。